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采用LabVIEW的近红外测量方案

发布时间:2021-11-17 02:22浏览次数:
本文摘要:近红外谱区(1)是指坐落于可见谱区与中红外谱区之间的一段电磁波序,即介于780-2526nm的光区。近红外光谱(Near-infraredSpectroscopy,NIRS)可区分为短波长近红外波段和宽波长近红外波段,其波段范围分别为780-1100nm和1100-2526nm。由于频率较高,NIR谱区分子对其吸取主要是分子振动的倍频与合频吸取。

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近红外谱区(1)是指坐落于可见谱区与中红外谱区之间的一段电磁波序,即介于780-2526nm的光区。近红外光谱(Near-infraredSpectroscopy,NIRS)可区分为短波长近红外波段和宽波长近红外波段,其波段范围分别为780-1100nm和1100-2526nm。由于频率较高,NIR谱区分子对其吸取主要是分子振动的倍频与合频吸取。

NIRS分析技术是通过被分析物质中的含氢基团,如OH、CH、NH、SH、PH等在近红外区域内展现出有特征吸取,利用计算机技术及化学计量学方法,对扫瞄测试样品的光学数据展开一系列的分析处置,最后已完成该样品有关成分的定量分析任务。由于它具备不毁坏样品且较慢、精确等优点,是20世纪90年代以来发展最慢、最引人注目的光谱分析技术[2,3]。目前它在谷物检测领域有数着普遍的应用于,如水分、蛋白、脂肪和纤维等指标的测量,近红外检测技术早已沦为了一种普遍认为的标准检测方法[4]。但是现有的近红外光谱分析仪器大多体积可观,价格昂贵,有利于现场分析;或者功能单一,容易拓展和确保。

  虚拟仪器[5]的概念,是美国国家仪器公司(NationalInstrumentsCorp.全称NI)于1986年明确提出的,它是在以计算机为核心的硬件平台上,其功能由用户设计和定义,具备虚拟世界面板,其测试功能由测试软件构建的一种计算机仪器系统。本文融合虚拟仪器技术和近红外光谱分析技术,搭起了一个较慢可用检测整粒小麦成分含量的系统。基于虚拟仪器的近红外整粒小麦成分测量系统主要还包括仪器硬、硬件和建模软件。仪器硬、硬件皆使用模块化设计。

硬件模块化主要由光路、检测器及信号调理电路和虚拟仪器的数据采集板卡构成;软件模块化主要由信号提供模块、I/O掌控模块、数据分析模块、数据留存和表明模块构成。软件平台使用的是图形化的编程语言LabVIEW,建模使用逐步回归分析[6]方法。  1.硬件设计  1.1光路设计  光源部分由14个近红外发光二极管(LED)构成,每个发光二极管对应通过一个波长坐落于890nm~1050nm之间的近红外窄带干预滤光片,构成单色的将近红外光,将近红外光经菲涅尔透镜汇集到被测样品上,在样品中被衍射吸取后,由检测器接管,由于LED的电流要求了它的透射,每支LED都有分开可以调节的恒流电路,以确保光源的平稳。  窄带干预滤光片的比特率为10nm,所用于的范围为890nm~1050nm。

测量的时候,再行用各个波长依序太阳光样本,获得各波长样本的光谱数据,然后通过逐步回归算法挑对待测成分有明显影响的波长。预测的时候,只需将所挑波长的吸食光度带进模型计算出来。

  本系统使用单一的检测器,将14个波长的窄带滤光片尽量密切地化学键在圆形的支架上,在通过某种程度电流的情况下LED在有所不同波长处的透射有所不同,因此,将LED闪烁较强波长的滤光片(即波长与890nm和940nm差距较小的滤光片)化学键在相似圆心的方位,以强化有效地透射。  菲涅尔透镜的焦距是20mm,透镜距离支架是40mm,距检测器是20mm。菲涅尔透镜、支架、检测器横向相同在通过它们中心的一条直线上。样品池厚度为20mm(扣减样品池壁后),样品池透明的两侧为磨砂面,以更进一步强化光源的均匀分布性。

样品池在测量范围内对各个波长近红外的利用亲率近似于完全一致。因此由样品池引发的误差对各个波长来说近似于一样。  1.2光源部分电路设计  本系统的光源使用近红外发光二极管,因为其透射小,对样品会导致损毁,限于于可用检测,且使用寿命超过十年以上。搭配波长分别为890nm、940nm,比特率为40nm~50nm。

通过调整每支LED的电流,使各个波长通过窄带滤光片以后的透射近似于完全一致。用电路掌控LED轮流闪烁,以天内取得样品在单一波长下的光度值。为确保LED的电流平稳固定式,使用恒流源电路。

  1.3信号切换电路设计  检测器自由选择在短波近红外区适当脆弱的硅光电池。由于光电池产生的短路电流与透射有较好的线性关系,通过I/V切换,可以获得获取AD切换的电压。由于光源LED的闪烁角度较小,有较好的单向性,可近似于平行光源。

将LED放到菲涅尔透镜的2倍焦距处,检测器放到另一侧1倍焦距处,搭配圆形的硅光电池,与滤光片的化学键比较。


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